Polimerizzazione radicalica di monomeri funzionalizzati con un antiossidante

a. Polimerizzazione o copolimerizzazione radicalica..

b. Legame chimico di composti a basso peso molecolare con attività antiossidante ad un polimero precedentemente sintetizzato.

1.8.1 Polimerizzazione radicalica di monomeri funzionalizzati con un antiossidante

Il processo è complicato dal fatto che l’antiossidante può inibire lo stadio di propagazione della polimerizzazione radicalica. Sono stati comunque realizzati alcuni polimeri che presentano in catena laterale composti con attività antiossidante, quali ad esempio derivati della vitamina E (α-tocoferlo) o delle fenotiazine.

1.8.1.1 Derivato acrilico o vinilico della vitamina E

La realizzazione di un derivato acrilico o vinilico della vitamina E è interessante sia per le proprietà antiossidanti della vitamina E sia perché il processo porta alla formazione di un estere labile che può essere facilmente scisso con liberazione della vitamina stessa[61].

Sono stati realizzati copolimeri tra un derivato metacrilico della vitamina E, l’α-tocoferilmetacrilato e il 2-idrossietilmetacrilato.

60 _{M. Kurisawa, J.E. Chung, H.Uyama, S.Kobayashi, Biomacromolecules (2003); 4 : 1394-1399.} 61 _{C. Ortiz, B.Vazquez, J.San Roman, Polymer (1998); 39 (17) : 4107-4114.}

O _CH 3 CH₃ CH₃ CH₃ CH₃ CH₃ CH₃ C H₃ O O CH₃ O O OH (21) ₍₂₂₎

Figura 1.11 – Derivato metacrilico del tocoferolo e 2-idrossietilmetacrilato

La reazione presenta conversioni estremamente basse a causa della capacità di bloccare i radicali liberi tipica del tocoferolo.

Il peso molecolare del polimero ottenuto è relativamente elevato, probabilmente perché l’α- tocoferolo è una molecola che ostacola stericamente le reazioni di terminazione della catena a causa del suo elevato peso molecolare e della sua natura poco polare. La presenza di unità di 2-idrossietilmetacrilato contribuisce ad aumentare la stabilità del polimero e conferisce al sistema l’idrofilicità necessaria alla veicolazione nei sistemi biologici.

1.8.1.2 Derivato vinilico delle fenotiazine

Le fenotiazine sono una classe di composti eterociclici che presentano applicazioni in campo fotografico e, grazie alle loro proprietà antiossidanti, anche farmaceutico.

I derivati vinilici delle fenotiazine, e in particolare la 2-vinilfenotiazina (2- VFT), sono di particolare interesse[62]. Tuttavia, i primi esperimenti sulla polimerizzazione radicalica della 2-VFT sono falliti in quanto il radicale ottenuto dall’estrazione dell’idrogeno amminico inibisce lo stadio di propagazione della polimerizzazione. N H S ₍₂₃₎ Figura 1.12 – 2-vinilfenotiazina

62 _{S.S.Nikulin, V.M.Misin, V. M.Komarov, M.V.Misin, Russian Journal of Applied Chemistry}

Capitolo I Ossidazione dei sistemi biologici ed azione degli antiossidanti

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Sono stati comunque realizzati alcuni polimeri della 2-VFT in “bulk” e in soluzione. In quest’ultimo caso, il problema della formazione di un radicale libero stabile determina una bassa conversione. Nella polimerizzazione in bulk la generazione di radicali è facilitata dalle temperature notevolmente elevate utilizzate in questa procedura (185-245°C) rispetto a quelle utilizzate per la polimerizzazione in soluzione (70-100°C). Ciò determina una maggiore concentrazione di specie radicaliche iniziatrici, maggiore velocità dello stadio di iniziazione e quindi maggiore conversione. Il polimero ottenuto ha tuttavia peso molecolare ridotto poiché l’elevata concentrazione di radicali aumenta le possibilità che si verifichino reazioni di terminazione della catena.

La capacità delle fenotiazine di inibire la polimerizzazione radicalica suggerisce che la degradazione termica ossidativa dei polimeri possa essere ostacolata dall’introduzione di queste molecole all’interno di un sistema macromolecolare. La degradazione termica della poli-2-VFT inizia infatti a temperature più elevate (350-380°C) di quelle utilizzate nella polimerizzazione in bulk. L’introduzione di derivati vinilfenotiazinici in diversi materiali polimerici ne ha effettivamente aumentato la resistenza nei confronti della degradazione termica, tuttavia le fenotiazine tendono ad escludere dalla superficie del materiale l’eventuale componente gommosa con conseguente riduzione della stabilità meccanica del materiale. Per evitare che si verifichi questo problema, le fenotiazine vanno introdotte nel sistema polimerico durante la preparazione della gomma e prima del processo di vulcanizzazione. Le gomme così ottenute risultano molto più resistenti alla degradazione termica e all’azione dell’ozono. 1.8.1.3 Polianilina e polipirrolo

Un tipico esempio di polimeri ottenuti con questa procedura sono i polimeri conduttori, come la polianilina e il polipirrolo. Questi composti presentano una serie di applicazioni che ne prevedono il contatto con i tessuti biologici, tra le quali si ricordano la creazione dei muscoli artificiali, il rilascio controllato dei farmaci e la stimolazione elettrica necessaria alla rigenerazione nervosa[63].

63 _{M.G. Nikolaidis, J.D. Sejduc, G.A.Bowmaker, R.P.Cooney, P.A. Kilmartin, Synthetic Metals}

I risultati ottenuti, valutando il ruolo delle ammine aromatiche e delle più recenti polianiline come antiossidanti per miscele di gomme, indicano che le poliammine, in particolare le polianiline metossi-sostituite, sono molto efficaci nell’abbassare la velocità di ossidazione. Le polianiline metossi-sostituite sono più attive grazie alla natura elettron-donatrice del sostituente presente sull’anello aromatico che stabilizza per risonanza il radicale formato sulla molecola[64].

Figura 1.13 – Polianilina e polipirrolo

1.8.1.4 Polirutina

I flavonoidi sono una classe di composti molto interessante a causa delle loro proprietà antiossidanti che ne permettono l’utilizzo come antinfiammatori, antimicrobici e anticancerogeni.

In generale, l’attività dei flavonoidi all’interno del corpo è limitata a poche ore, sebbene il loro metabolismo non sia stato ben stabilito. Inoltre, è stato osservato che molti flavonoidi possono fungere da pro-ossidanti e generare specie reattive dell’ossigeno. Al contrario, una frazione di flavonoidi a massa molare relativamente elevata ha mostrato le stesse proprietà antiossidanti di quelli a massa molare minore, ma anche una maggiore emivita. Per questo motivo sono stati progettati una serie di flavonoidi polimerici.

Tra questi polimeri è di particolare interesse la polirutina che viene sintetizzata mediante “coupling” ossidativo catalizzato enzimaticamente dalla laccasi, un enzima contenente rame nel suo sito attivo che usa ossigeno come agente ossidante.

La rutina è uno dei glicosidi della classe dei flavonoidi presente in molte piante e in particolare nel grano che insieme alla quercetina e all’esperidina viene identificata come vitamina P. È un agente antiossidante, antiipertensivo,

64 _{M.G. Nikolaidis, J. D. Sejduc, P.A. Kilmartin, G.A. Bowmaker, R.P.Cooney, Current Applied} Physics (2004); 4 : 343-346.

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antinfiammatorio e antiemorragico, un regolatore della permeabilità capillare e della stabilità delle piastrine[59]. Queste proprietà sono potenzialmente benefiche nel prevenire malattie e nel proteggere la stabilità del genoma. Molte di queste attività sono in relazione con le capacità antiossidanti.

O O H OH O O OH OH OH OH OH O O CH₃ OH OH OH (26) Figura 1.14 – Rutina

I risultati indicano una capacità concentrazione-dipendente della polirutina di bloccare il radicale superossido (inibizione del 100% quando la concentrazione di unità di rutina è pari a 300 µM) e senza effetti pro-ossidanti. Al contrario la rutina presenta azione pro-ossidante a basse concentrazioni. L’elevata capacità antiossidante della polirutina è da attribuire alla elevata concentrazione di anelli aromatici e gruppi idrossilici che essa presenta.